(57)【要約】【課題】  ノイズの発生防止効果を高く維持したまま周波数の分解能を高くすることができ、しかも、遅延の発生を防止することができるバンドパスフィルタを提供する。【解決手段】複数段のフィルタバンクを備え、該フィルタバンクのうちの終端に位置するもの以外は入力信号を非対称で複数帯域で分割したうえでその分割された信号をダウンサンプリングさせる分割バンドパスフィルタ及びそれらの信号をアップサンプリングして生じた歪をフィルタリングで取り除く合成バンドバスフィルタを有する第１タイプが用いられ、前記フィルタバンクのうちの終端に位置するものは前記第１タイプのフィルタバンクとは異なる第２タイプが用いられている。【選択図】図３
2006245668.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数段のフィルタバンクを備え、該フィルタバンクのうちの終端に位置するもの以外は入力信号を非対称で複数帯域で分割したうえでその分割された信号をダウンサンプリングさせる分割バンドパスフィルタ及びそれらの信号をアップサンプリングして生じた歪をフィルタリングで取り除く合成バンドバスフィルタを有する第１タイプが用いられ、前記フィルタバンクのうちの終端に位置するものは前記第１タイプのフィルタバンクとは異なる第２タイプが用いられていることを特徴とするバンドパスフィルタ。
【請求項２】
前記各バンドパスフィルタは分割側と合成側とで１対１で対応して複数組備え、且つその複数のバンドパスフィルタのうち前記第1タイプの帯域の周波数を２でダウンサンプリングすることを特徴とする請求項１に記載のバンドパスフィルタ。
【請求項３】
前記各分割バンドパスフィルタは、入力周波数を相対的に１／３オクターブ分割することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のバンドパスフィルタ。
【請求項４】
前記各分割バンドパスフィルタは、入力周波数を相対的に１／４オクターブ分割することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のバンドパスフィルタ。
【請求項５】
前記各分割バンドパスフィルタは、入力周波数を相対的に１／λ（λ＝５以上の整数）オクターブ分割することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のバンドパスフィルタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バンドパスフィルタ、特に、周波数領域をいくつかの帯域に分割し、その帯域毎の振幅を変化させるマルチレベルフィルタ等に適用可能なデジタルバンドパスフィルタに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
【非特許文献１】「非最大引き木構造フィルタバンクに基づく１／２オクターブ分割マルチレベルフィルタの設計」信学技法  ＥＡ２００４−４２（２００４−８）  社団法人  電子情報通信学会
【０００３】
従来から、バンドパスフィルタ、特に、周波数領域をいくつかの帯域に分割し、その帯域毎の振幅を変化させるマルチレベルフィルタ等に適用可能なバンドパスフィルタが知られている（例えば、非特許文献１参照。）。
【０００４】
周波数振幅特性を変化させるフィルタでは、１つの周波数帯域に対して１つのパラメータを変化させるだけで周波数振幅特性を変えることができる特性を有するフィルタであることが望ましい。
また、システムを低価格で実現するには、固定小数点演算デジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ）で実現できることが望ましい。
しかしながら、これまでの所望周波数特性を実現するフィルタは、固定小数点演算ＤＳＰでは、高精度に信号を処理することができないという問題や、隣り合うサブバンド間のゲインの差を大きくするにつれて折り返し雑音(＝ノイズ）が発生するという問題が生じていた。
そこで、非特許文献１では、これらの問題を解消し、ノイズの無いフィルタバンクを実現するバンドパスフィルタの構成として１／２オクターブ分割のバンドパスフィルタを提供している。
【０００５】
図１８は、このような１／２オクターブ分割のバンドパスフィルタを示し、低域通過特性を有する分割（ａｎａｌｙｓｉｓ）バンドパスフィルタＬＰＦと、高域通過特性を有する分割バンドパスフィルタＨＰＦと、これら各フィルタＬＰＦ，ＨＰＦの間の帯域通過特性を有する１つの分割バンドパスフィルタＢＰＦとを備え、これら３つのバンドパスフィルタＬＰＦ，ＢＰＦ，ＨＰＦで分割・通過した各帯域の周波数をダウンサンプリング及びアップサンプリングしたうえでそれぞれを合成（ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ）バンドパスフィルタＬＰＦ，ＢＰＦ，ＨＰＦで合成するものである。
この際、バンドパスフィルタＬＰＦ，ＢＰＦ，ＨＰＦは、その帯域の周波数を２→３→２の対称でダウンサンプリングする。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、上記の如く構成されたバンドパスフィルタにあっては、１／２オクターブ分割することによってノイズの発生を防止することは実現可能となったものの、単に分割バンドパスフィルタＢＰＦを増やして段数を増しただけでは、周波数の分解能の観点から計算量が増してしまうという問題が生じていた。
【０００７】
本発明は、上記問題を解決するため、ノイズの発生防止効果を高く維持したまま周波数の分解能を高くすることができ、しかも、遅延の発生を防止することができるバンドパスフィルタを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
その目的を達成するため、請求項１に記載のバンドパスフィルタは、複数段のフィルタバンクを備え、該フィルタバンクのうちの終端に位置するもの以外は入力信号を非対称で複数帯域で分割したうえでその分割された信号をダウンサンプリングさせる分割バンドパスフィルタ及びそれらの信号をアップサンプリングして生じた歪をフィルタリングで取り除く合成バンドバスフィルタを有する第１タイプが用いられ、前記フィルタバンクのうちの終端に位置するものは前記第１タイプのフィルタバンクとは異なる第２タイプが用いられていることを特徴とする。
【０００９】
請求項２に記載のバンドパスフィルタは、前記各バンドパスフィルタは分割側と合成側とで１対１で対応して複数組備え、且つその複数のバンドパスフィルタのうち前記第1タイプの帯域の周波数を２でダウンサンプリングすることを特徴とする。
【００１０】
請求項３に記載のバンドパスフィルタは、前記各分割バンドパスフィルタは、入力周波数を相対的に１／３オクターブ分割することを特徴とする。
【００１１】
請求項４に記載のバンドパスフィルタは、前記各分割バンドパスフィルタは、入力周波数を相対的に１／４オクターブ分割することを特徴とする。
【００１２】
請求項５に記載のバンドパスフィルタは、前記各分割バンドパスフィルタは、入力周波数を相対的に１／λ（λ＝５以上の整数）オクターブ分割することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明のバンドパスフィルタによれば、ノイズの発生防止効果を高く維持したまま周波数の分解能を高くすることができ、しかも、遅延の発生を防止することができるバンドパスフィルタを提供することを目的とする。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
次に、本発明のバンドパスフィルタを図面に基づいて説明する。
【００１５】
図１は本発明のバンドパスフィルタを示す１／３オクターブ分割の基本構成（４バンド）のブロック図、図２は本発明のバンドパスフィルタを示す１／３オクターブ分割の７バンド構成のブロック図、図３は本発明のバンドパスフィルタを示す１／３オクターブ分割の基本構成（３段）の際のツリー形式のブロック図である。
【００１６】
図１に示したバンドパスフィルタは、低域通過特性を有する分割バンドパスフィルタＬＰＦと、高域通過特性を有する分割バンドパスフィルタＨＰＦと、これら各フィルタＬＰＦ，ＨＰＦの間の帯域通過特性を有する２つの分割バンドパスフィルタＢＰＦ１，ＢＰＦ２とを備え、これら４つのバンドパスフィルタＬＰＦ，ＢＰＦ１、ＢＰＦ２，ＨＰＦで分割・通過した各帯域の周波数をダウンサンプリング及びアップサンプリングしたうえでそれぞれを合成バンドパスフィルタＬＰＦ，ＢＰＦ１，ＢＰＦ２，ＨＰＦで合成するものである。この際、各バンドパスフィルタＬＰＦ，ＢＰＦ１，ＢＰＦ２，ＨＰＦは、それぞれ２→５→４→３の非対称で各分割帯域の周波数をダウンサンプリング・アップサンプリングする。
【００１７】
また、図２に示したバンドパスフィルタは、低域通過特性を有する分割バンドパスフィルタＬＰＦと、高域通過特性を有する分割バンドパスフィルタＨＰＦと、これら各フィルタＬＰＦ，ＨＰＦの間の帯域通過特性を有する５つの分割バンドパスフィルタＢＰＦ１〜ＢＰＦ５とを備え、これら７つのバンドパスフィルタＬＰＦ，ＢＰＦ１〜ＢＰＦ５，ＨＰＦで分割・通過した各帯域の周波数をダウンサンプリング及びアップサンプリングしたうえでそれぞれを各バンドパスフィルタＬＰＦ，ＢＰＦ１〜ＢＰＦ５，ＨＰＦで合成するものである。この際、各バンドパスフィルタＬＰＦ，ＢＰＦ１〜ＢＰＦ５，ＨＰＦは、それぞれ１０→４→６→４→５→４→３の非対称で各分割帯域の周波数をダウンサンプリング・アップサンプリングする。
【００１８】
尚、この図２に示したものは、図１で示した低域通過特性を有する分割バンドパスフィルタＬＰＦの通過帯域をさらに４バンドに分割したもので、図２の鎖線で囲んだバンドパスフィルタＬＰＦ，ＢＰＦ３〜ＢＰＦ５が図１の低域通過特性を有する分割バンドパスフィルタＬＰＦと同一領域の周波数を処理することを示す。
【００１９】
このように、本発明のバンドパスフィルタによる入力周波数の分割数は、特に限定されるものではない。
【００２０】
ここで使用される分割バンク並びに合成バンクは、図３に示すように、それぞれ２種類のバンクを備えている。この２種類のバンクによって図３に示すツリー構造の１／３オクターブ或いは１／４オクターブ等の分割を実現することができる。
【００２１】
ここでは、２種類（Ｔｙｐｅ１，Ｔｙｐｅ２）の分割及び合成バンクを備えており、図４はＴｙｐｅ１の線形軸のフィルタ特性のグラフ図、図５はＴｙｐｅ１の対数軸のフィルタ特性のグラフ図、図６はＴｙｐｅ２の線形軸のフィルタ特性のグラフ図、図７はＴｙｐｅ２の対数軸のフィルタ特性のグラフ図、図８はＴｙｐｅ１とＴｅｐｅ２を合成した対数軸のフィルタ特性のグラフ図である。
【００２２】
このように、非対称とすることによって、１／３オクターブ分割を実現することができ、入力周波数全体の分解能を高くすることができる。また、１／２オクターブ分割することによって解消されたノイズ発生防止効果を高く維持したまま、周波数の分解能を高くことができる。
【００２３】
尚、本発明の合成バンクをＴｙｐｅ１とＴｙｐｅ２との種類を用いることにより、例えば、図３ではＴｙｐｅ１を２段、Ｔｙｐｅ２を１段で構成したものを開示したが、Ｔｙｐｅ１を４段で構成し、Ｔｙｐｅ２を廃止しても同一の分解能を実現することはできるが、このようなＴｙｐｅ１を４段構成とした場合、合成信号に遅延が発生してしまうという問題が発生してしまう。また、単に分割バンドパスフィルタＢＦＰを増やしただけ、即ち、見掛け上で図１の状態（ＢＰＦ１，２）から図２の状態（ＢＰＦ１〜ＢＰＦ５）へと分割バンドパスフィルタＢＦＰを増やしただけでは、計算量が増してしまうという問題も発生する。
【００２４】
従って、本発明のように合成バンクにＴｙｐｅ２を用いて非対称とすることにより、高性能なバンドパスフィルタを提供することができる。
【００２５】
ところで、上記実施の形態では、１／３オクターブ分割する場合にＴｙｐｅ１の分割バンクを２段とした場合を例示したが、図９、図１０に示すように、Ｔｙｐｅ１の分割バンクを３段以上とすることも可能である。尚、図９は本発明のバンドパスフィルタを示す１／３オクターブ分割の基本構成（４段）の際のツリー形式のブロック図、図１０はＴｙｐｅ１とＴｅｐｅ２を合成した対数軸のフィルタ特性のグラフ図である。
【００２６】
また、上記実施の形態では、１／３オクターブ分割する場合を例示したが、１／４分割以上の分割することも可能である。
【００２７】
図１１乃至図１７に示したものは、１／４オクターブ分割した場合を示し、図１１は本発明のバンドパスフィルタを示す１／４オクターブ分割の基本構成（５バンド）のブロック図、図１２は本発明のバンドパスフィルタを示す１／４オクターブ分割の基本構成（４段）の際のツリー形式のブロック図である。
【００２８】
図１１に示したバンドパスフィルタは、低域通過特性を有する分割バンドパスフィルタＬＰＦと、高域通過特性を有する分割バンドパスフィルタＨＰＦと、これら各フィルタＬＰＦ，ＨＰＦの間の領域通過特性を有する２つの分割バンドパスフィルタＢＰＦ１，ＢＰＦ２，ＢＰＦ６とを備え、これら５つのバンドパスフィルタＬＰＦ，ＢＰＦ１、ＢＰＦ２，ＢＰＦ６，ＨＰＦで分割・通過した各帯域の周波数をダウンサンプリング及びアップサンプリングしたうえでそれぞれを合成バンドパスフィルタＬＰＦ，ＢＰＦ１，ＢＰＦ２，ＢＰＦ６，ＨＰＦで合成するものである。また、各バンドパスフィルタＬＰＦ，ＢＰＦ１，ＢＰＦ２，ＢＰＦ６，ＨＰＦは、それぞれ２→７→６→５→４の非対称で各分割帯域の周波数をダウンサンプリングする。
【００２９】
この際の各バンクは、例えば、図１２に示すように、Ｔｙｐｅ１を３段、Ｔｙｐｅ２を１段とした構成とされる。
【００３０】
また、図１３はＴｙｐｅ１の線形軸のフィルタ特性のグラフ図、図１４はＴｙｐｅ１の対数軸のフィルタ特性のグラフ図、図１５はＴｙｐｅ２の線形軸のフィルタ特性のグラフ図、図１６はＴｙｐｅ２の対数軸のフィルタ特性のグラフ図、図１７はＴｙｐｅ１とＴｅｐｅ２を合成した対数軸のフィルタ特性のグラフ図である。
【００３１】
ところで、本発明のバンドパスフィルタは、図示のように中間処理にアンプを用いた場合にはマルチレベルフィルタとして補聴器や助聴器等として用いられ、中間処理に適応フィルタを用いた場合には音声強調や雑音抑制といった各種音声制御機能を用いることができるといったように、ノイズの発生防止効果を高く維持したまま周波数帯域毎の制御を目的としたマルチチャンネル信号処理全般のアルゴリズムの基礎となるフィルタとして適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明のバンドパスフィルタを示す１／３オクターブ分割の４バンド構成のタイプ１のブロック図である。
【図２】本発明のバンドパスフィルタを示す１／３オクターブ分割の７バンド構成のタイプ２のブロック図である。
【図３】本発明のバンドパスフィルタを示す１／３オクターブ分割の基本構成のツリー形式のブロック図である。
【図４】Ｔｙｐｅ１の線形軸のフィルタ特性のグラフ図である。
【図５】Ｔｙｐｅ１の対数軸のフィルタ特性のグラフ図である。
【図６】Ｔｙｐｅ２の線形軸のフィルタ特性のグラフ図
【図７】Ｔｙｐｅ２の対数軸のフィルタ特性のグラフ図である。
【図８】Ｔｙｐｅ１とＴｅｐｅ２を合成した対数軸のフィルタ特性のグラフ図である。
【図９】本発明のバンドパスフィルタを示す１／３オクターブ分割の基本構成（４段）の際のツリー形式のブロック図である。
【図１０】Ｔｙｐｅ１とＴｅｐｅ２を合成した対数軸のフィルタ特性のグラフ図である。
【図１１】本発明のバンドパスフィルタを示す１／４オクターブ分割の基本構成（５バンド）のブロック図である。
【図１２】本発明のバンドパスフィルタを示す１／４オクターブ分割の基本構成（４段）の際のツリー形式のブロック図である。
【図１３】Ｔｙｐｅ１の線形軸のフィルタ特性のグラフ図である。
【図１４】Ｔｙｐｅ１の対数軸のフィルタ特性のグラフ図である。
【図１５】Ｔｙｐｅ２の線形軸のフィルタ特性のグラフ図である。
【図１６】Ｔｙｐｅ２の対数軸のフィルタ特性のグラフ図である。
【図１７】Ｔｙｐｅ１とＴｅｐｅ２を合成した対数軸のフィルタ特性のグラフ図である。
【図１８】従来のバンドパスフィルタを示す１／２オクターブ分割の基本構成のブロック図である。
【図１】
2006245668.tif 000003
【図２】
2006245668.tif 000004
【図３】
2006245668.tif 000005
【図４】
2006245668.tif 000006
【図５】
2006245668.tif 000007
【図６】
2006245668.tif 000008
【図７】
2006245668.tif 000009
【図８】
2006245668.tif 000010
【図９】
2006245668.tif 000011
【図１０】
2006245668.tif 000012
【図１１】
2006245668.tif 000013
【図１２】
2006245668.tif 000014
【図１３】
2006245668.tif 000015
【図１４】
2006245668.tif 000016
【図１５】
2006245668.tif 000017
【図１６】
2006245668.tif 000018
【図１７】
2006245668.tif 000019
【図１８】
2006245668.tif 000020